在全球能源转型和应对气候变化的背景下，钢铁行业作为高碳排放领域，其绿色低碳转型对实现“双碳”目标具有重大战略意义。氢能与钢铁流程的深度融合，尤其是氢冶金技术，通过以“氢”代“碳”还原，从根本上减少对碳元素的依赖，成为未来炼铁技术革新的重要方向。本文系统阐述了当前主流的氢冶金工艺技术及其实施路径，从原料获取与制备、核心反应机理、关键设备运用到工艺流程构建等多个维度进行归纳总结，全面评估了各工艺技术的特点、优势及局限性。同时，重点聚焦河钢集团全球首例焦炉煤气零重整氢冶金示范项目(HyMEX)，详细介绍了其工艺技术创新与运行实践，并结合中国产业政策导向和资源禀赋特点，深入探讨了中国竖炉氢冶金的发展前景及可持续发展技术路径。

  一、钢铁行业氢冶金技术的发展现状

  《2025-2030年中国钢铁行业发展趋势分析与未来投资研究报告》近年来，全球钢铁行业在氢冶金技术方面取得了显著进展。氢基竖炉工艺作为当前应用主流，具有还原气体富氢率高、环境污染小、流程短的特点，更适合氢冶金发展方向。全球范围内，MIDREX工艺和HYL工艺是目前技术较为成熟稳定且产量可以与高炉法相媲美的大规模生产工艺。2023年，全球直接还原铁(DRI)产量达到1.36亿吨，其中MIDREX工艺生产DRI产量占DRI总产量的58.1%，HYL/ENERGIRON工艺占12.2%。在中国，由于钢铁联合企业有大量的焦炉煤气，因此，焦炉煤气零重整的HyMEX竖炉氢冶金工艺具有发展空间。

  二、中国钢铁行业竖炉氢冶金的发展历程及技术

  钢铁市场发展趋势分析提到对比中国在氢冶金领域的探索始于2006年，随着技术的不断进步和资源条件的逐步完善，中国钢铁行业在竖炉氢冶金方面取得了显著进展。河钢集团张宣科技在2022年建成了全球首例60万吨/年基于焦炉煤气零重整的氢基竖炉还原示范项目，标志着中国在氢冶金技术方面取得了重要突破。该工艺以焦炉煤气为气源，采用零重整工艺，减少了重整过程中的能量消耗和设备投资。与山西中晋相比，不设置炉外重整设备，大幅减少基建投资和占地成本;和宝武湛江相比，张宣科技氢基竖炉气体来源单一，操作更简单灵活，开炉时间短且还原效率高，自投产以来稳定顺产。

  三、河钢HyMEX焦炉煤气零重整

  竖炉氢冶金工艺技术创新与运行状况河钢集团的HyMEX项目在工艺技术创新方面取得了显著成果。该工艺以焦炉煤气为气源，主要工艺流程包括焦炉煤气补充、竖炉锥部改质与冷却净化后的炉顶煤气混合、混合后的工艺气脱水、加压、脱除CO₂、加湿、加热炉加热、喷氧提温等步骤。其核心工艺为焦炉煤气零重整技术，减少了重整过程中的能量消耗和设备投资。采用的焦炉煤气中H₂体积分数为55%-65%，CO体积分数为5.7%以上，CH₄体积分数为20%左右。在竖炉内直接还原铁的催化作用下，焦炉煤气中CH₄与H₂O/CO₂发生原位重整反应，裂解生成H₂和CO，还原气中φH₂/φCO可达8以上，是目前工业化生产H₂体积分数最高的直接还原炼铁工艺。

  四、中国钢铁行业竖炉氢冶金发展前景分析

  随着氢冶金产业规模的扩大，上下游产业协同发展，将形成规模经济效应。例如，氢气的运输、储存等配套产业的发展，将降低氢气的供应成本;直接还原铁产量的增加，将带动下游钢铁加工产业的发展，提高产业附加值。中国钢铁行业自产的富氢焦炉煤气为氢冶金发展提供了良好的资源条件。据不完全统计，国内每年副产的焦炉煤气达到2000亿立方米，焦炉煤气制氢技术相对成熟，可为氢冶金提供氢源，并且焦炉煤气“零重整”工艺日臻成熟，可直接采用焦炉煤气生产DRI，与使用天然气还原相比成本大幅度降低。

  五、结论与展望

  氢冶金是国际公认的钢铁行业实现低碳发展的革命性路径之一，是彻底解决钢铁生产的能源和碳排放问题的核心技术，也是低碳、“零碳”钢铁产品研发，推动构建产业生态圈的重要基础。气基竖炉氢冶金直接还原技术具有还原气体富氢率高、环境污染小、流程短的特点，更适合氢冶金发展方向，已形成成熟的技术体系，并在全球范围内得到工程应用。中国天然气自然资源匮乏，目前焦炉煤气是中国竖炉氢冶金的首选气源，焦炉煤气零重整竖炉氢冶金技术是当前最符合中国资源禀赋、最科学合理的技术。展望未来，随着氢冶金及电炉配套冶炼技术的不断成熟、可再生能源制氢技术的不断进步，绿氢将逐渐成为竖炉氢冶金的主要氢气来源，这将进一步推动钢铁行业向零碳排放的目标迈进。